2013 STEAM 아웃리치 프로그램 - 중학교
라즈베리 파이로 컴퓨터 과학자 되기
교사용 가이드북
1. 기관명: 고려대학교
2. 기관 소개: 고려대학교는 국권을 잃어가면서 민족이 위기에 처했던 1905년에, 교육을 통해 민족과 국가를 구한다(敎育救國)는 신념을 바 탕으로, 온 겨레의 염원으로 세워졌다. 설립 이후 고려대학교는 역사 의 전환점마다 시대의 요청에 부응하여 민족과 국가를 지켜낸 수많은 인재들을 길러왔고, 국가와 사회에 새로운 좌표를 제시함으로써 시대 를 선도하였다. 산업화, 민주화 시대를 거치면서 국가발전과 민주화에 중추적 역할을 해왔던 과정에서, 고려대학교는 가장 한국적인 대학으 로서 국민의 신뢰와 사랑을 받는 대학으로 우뚝 섰다.
3. 융합인재교육(STEAM) 아웃리치 프로그램이란?
- 학생들이 과학기술 현장에서 최신 과학기술을 경험하고 관련 분야로 진학 진로를 설계할 수 있는 STEAM 아웃리치 프로그램 개발 운영 - 학생들이 과학에 대한 꿈과 끼를 키울 수 있도록 토론 실습 체험 중
심의 아웃리치 활동 기회 제공
4. 귀 기관만의 STEAM 아웃리치 프로그램의 특징, 장점, 타기관과의 차별성 등을 작성
- 컴퓨터를 조립하는 체험
일반적으로 가정에서 학생들은 만들어진 컴퓨터를 사용하는 경우가 대부분이 다. 본 프로그램에서는 라즈베리파이라는 손바닥컴퓨터에 직접 외부 장치와 연 결하여 컴퓨터를 조립하고 부팅까지 해보는 경험을 하게 된다. 이러한 경험을 통해 컴퓨터가 작동하기 위해 각 부품의 역할을 이해할 수 있다.
- Phyical Computing 의 체험
미국을 중심으로 STEM 프로그램에서 Physical Computing에 기반한 프로그램
들이 만들어지고 학생들에게 적용되고 있다. 아직 국내에서는 이를 STEAM 에
접목시킨 사례는 찾기 힘들다. 사람과 사물 자체를 입력으로 사람의 창의에 의 해 만들어지는 출력을 가진 Physical Computing 은 STEAM 프로그램의 철학과 접점이 많이 있다.
본 프로그램을 통해 학생들은 외부의 자극에 의해 사용자가 생각하는 형태의 출 력을 창의적으로 만드는 활동을 통해 새로운 컴퓨팅을 체험하는 기회를 제공할 수 있다.
- Computational Thinking 의 향상
최근에 이슈가 되고 있는 컴퓨터적인 사고능력을 향상하는 것에 본 프로그램은 목적을 두고 있다. 컴퓨터적인 사고능력 중에서 “컴퓨터로 해결하거나 도움을 받을 수 있는 문제를 발견하는 능력”, “컴퓨터 시뮬레이션 능력”, “알고리즘적인 사고” 등을 할 수 있는 것을 내용으로 하고 있다. 본 프로그램의 적용시간을 충 분히 길게 가져 간다면 앞에서 언급한 목적을 달성할 수 있을 것으로 본다.
5. 운영 프로그램
프로그램명 운영기간 운영기관(장소) 운영대상 담당 전문가
라즈베리 파이로 컴퓨터 과학자
되기
2013.09.14~09.14 고려대학교
라이시움 320호 중 1~3
김석희, 최희석, 강지훈 매키매키로 전자
회로 알아 보기 2013.09.25~09.25 동암초등학교 실험실 초 3~4
김석희, 강지훈, 유태묵 WeDo 로봇으로
공룡을 부활시켜 보자
2013.10.02~10.02 동암초등학교 실험실 초 5~6
김석희, 최희석, 유태묵 아두리노로
융합과학자 되기 2013.10.05~10.05 고려대학교
사대신관 233호 고1~3
김동정, 강지훈, 유태묵 아두리노로
융합과학자 되기 2013.10.12~10.12 동암초등학교 실험실 고1~3
최희석, 강지훈, 유태묵 매키매키로 전자
회로 알아 보기 2013.10.16~10.16 고려대학교
라이시움 404호 초 3~4
김석희, 최희석, 강지훈 아두리노로
융합과학자 되기 2013.10.26~10.26 고려대학교
라이시움 404호 고1~3 김동정, 최희석,
6. 간단한 활동 수기(시범운영 시 의견이나 만족도 반영)
·동암초등학교학생들의 느낌 점
“처음에 라즈베리파이가 뭔지 몰라서 신세계를 보았고 하면 할수록 재밌고 라즈베리파이를 아는 초등학생이 소수라는 말을 듣고 친구들 에게 자랑할 수 있어서 우쭐도 했고 나중에 라즈베리파이로 인터넷도 할 수 있다고 하셨는데 그 부분은 잘 몰라서 궁금증이 더 생겼다.”
“제가 해보지 못했던 스팀 교육을 여기서 해볼 수 있어서 신기했고 그리고 제가 몰랐던 라즈베리파이 같은 경우도 그렇게 조그만 컴퓨터 에 기능이 다 있는걸 보고 신기했고 다음번에 또 해보고 싶었습니 다.”
“평소에 이렇게 컴퓨터 이용해서 하는 걸 좋아해서 이번 수업이 가
유태묵 WeDo 로봇으로
공룡을 부활시켜 보자
2013.10.30~10.30 동암초등학교 실험실 초 5~6
김석희, 강지훈, 유태묵 아두리노로
융합과학자 되기 2013.11.02~11.02 고려대학교
라이시움 404호 고1~3
김동정, 강지훈, 유태묵 아두리노로
융합과학자 되기 2013.12.30~12.30 고려대학교
라이시움 404호 고1~3
김동정, 최희석, 유태묵 라즈베리 파이로
컴퓨터 과학자 되기
2014.01.16~01.16 고려대학교
라이시움 320호 중 1~3
김동정, 최희석, 유태묵 라즈베리 파이로
컴퓨터 과학자 되기
2014.01.28~01.28 고려대학교
라이시움 404호 중 1~3
김석희, 강지훈, 유태묵 라즈베리 파이로
컴퓨터 과학자 되기
2014.02.11~02.11 고려대학교
라이시움 404호 중 1~3
김동정, 최희석, 강지훈
장 재밌었고 처음에 라즈베리파이를 접하고 만들어 봤을 때가 가장 흥미롭고 재미있었다.”
7. 아웃리치 프로그램 참여하기 전 사전 준비 사항 - 기관용 매뉴얼 6번 항목 참고
8. 아웃리치 프로그램 참여 후 도움이 될 만한 자료
종류 웹페이지 서적
라즈베리파이
▪http://www.raspberrypi.org/
: 라즈베리파이의 공식 사이트로서 간단한 소개법과 관련파일 다운로드와 질의응답이 가능하며 라즈베리파이의 최신 소식도 접할
수 있다.
▪http://cafe.naver.com/pipc : 가장 많은 회원 수를 보유하고 있는 라즈베리파이 카페로서 라즈베리파이와 관련된 최신 소식과 운영과 관련한 정보, 팁
등을 얻을 수 있다.
▪ 라즈베리파이 활용백서 : 라즈베리파이 활용을 위한
개발 환경 구축과 웹 서버, 미디어 센터, 게임기, 제어기로서의 활용의 대표적인
활용 방법에 대해서 설명하고 있다. 이 책의 후반부에는 사용자들이 가장 많이 요구하는
라즈베리 파이 응용 기능들을 국내 라즈베리파이 3대 커뮤니티 활동을 통해 선별하여 총 20개의 실용적인 프로젝트로
담아냈다.
스크래치
▪http://scratch.mit.edu/
: 스크래치의 공식 사이트로서 스크래치 프로그램 소개와 게임, 애니메이션 등 프로그래밍 개발 정보를 제공한다. 웹페이지
상에서 스크래치를 실행해 볼 수 있고 프로그램 다운로드 또한 가능하다.
▪http://blog.naver.com/ogyshjsm : 스크래치 블로그로서 수준에 따라 기본, 중급, 고급, 특수 강좌로 스크래치에 대한 설명을 제공하며, 프로그램 다운로드 또한
가능하다.
▪ 스크래치 프로그래밍 : 스크래치의 다양한 기능을 활용해 여러 가지 멀티미디어 작품을 만들어 보면서 기본적인
스크래치의 기능을 익힐 수 있게 구성되어있다.
피코보드
▪http://www.picocricket.com/picoboard.html : 피코보드의 구입부터 드라이버 다운로드
스크래치와 연동 시켰을 때의 사용법등을 링크와 함께 제공한다.
▪https://www.sparkfun.com/pr oducts/10311
: 피코보드와 관련된 문서들을 제공한다.
9. 융합인재교육(STEAM) 아웃리치에 참여하고 싶다면?
- 신청 방법 : 이메일 신청 - 담당자 : 유태묵
- 담당자 연락처 : 02-3290-2682
- 담당자 이메일 : lyoo12@korea.ac.kr
1단계 희망 학교 이메일 신청 신청과정
2단계 본교에서 해당학교로 협조 공문 발송 3단계 본교에서 인적사항 및 동의서 정보 수집
4단계 유선을 통한 상세 날짜 협의
붙임 : STEAM 아웃리치 프로그램
1. 프로그램명 : 라즈베리 파이로 컴퓨터 과학자 되기
프로그램명 라즈베리 파이로 컴퓨터 과학자 되기 (중학교)
학 습 목 표
○
내용 목표
Ÿ 우리가 겪고 있는 에너지 문제를 이해한다.
Ÿ 소리가 에너지라는 것을 이해하고 소리로 에너지를 만드는 시뮬레이션을 할 수 있다.
Ÿ 프로그래머블 스위치의 개념을 이해하고 LED 회로를 연결하고 프로그래밍 할 수 있다.
Ÿ 프로그래밍을 통해 다양한 LED 효과를 만들 수 있다.
Ÿ 소음으로 에너지를 만드는 시뮬레이션 계획을 작성할 수 있다.
Ÿ 시뮬레이션 계획을 프로그래밍 할 수 있다.
○ 과정 목표
Ÿ 우리 주변에서 많이 볼수 있는 LED가 점점 많아지는 이유를 이해하게 한다.
Ÿ 자신이 만든 시뮬레이션을 친구의 의견을 들어 평가 할 수 있다.
Ÿ 시뮬레이션 결과를 계획과 비교하며 수정할 수 있다.
STEAM과목요소
우리가 겪고 있는 에너지 문제를 해결하고 컴퓨터를 통한 해결책 을 시뮬레이션으로 해결해 본다.
모터를 활용하여 풍차 만들기, LED 회로 연결해 보기, 소리, 빛, 온도 등을 센서를 활용하여 센싱하고 프로그래밍 하기 자신의 모습을 대표하는 분신 그려 보기, 에너지 효율이 좋은 풍차 디자인하기
+ ,- 기호의 의미를 확장하여 프로그래밍과 접목해 보기
STEAM단계요소
○
상황제시
미래에는 화석 연료의 고갈로 인류는 에너지 문제에 직면하게 된다. 우리 주위의 소음 역시 공기의 진동을 시키는 에너지를 가지고 있다. 작은 소 리는 미약한 에너지를 지니고 있지만 이러한 소리들을 모은다면 불을 켤 만한 에너지가 되지 않을까? 우리 주위의 소음을 모아 풍차를 돌리고 이 힘을 이용해 작은 전기를 만들어 작은 전기로도 불이 켜지는 LED 전구를 켜 봅시다.
○
창의적 설계
Ÿ WeDo를 활용하여 풍차 고안하여 만들어 보기
Ÿ 사이렌이나 주변의 여러 빛 효과를 LED와 스크래치 프로그래밍으로 표현해
보기
Ÿ 주변의 소음을 에너지로 바꾸어 LED를 켜는 다양한 에너지 변환 모델 고안 하고 적용해 보기
Ÿ 소음을 이용해 풍차를 돌리고, 그 에너지로 LED를 켜는 시나리오를 만들어 본다.
Ÿ 시나리오를 스크래치를 이용해 프로그래밍 해 본다.
Ÿ LED를 켜는 타이밍을 다양하게 조절하고 협업을 통해 다양한 효과를 만들어 보자.
○
감성적 체험
Ÿ 소리를 이용해 에너지를 만드는 시뮬레이션 결과를 감상하고 시나리오와 비 교해 본다.
Ÿ 협업을 통한 다양한 조명 효과를 감상하고 느낌을 말 해 본다.
2. 지도안 총괄표
지도안 총괄표
과목 과학, 음악,미술 총차시 4
단원 과학(물체와 에너지), 음악(악곡의 특징을 살려 표현하기)
교육 과정
(9) 빛과 파동
(마) 빛이나 파동 현상이 기술과 예술 등 다른 분야에서 활용되는 예를 찾아보기 (13) 일과 에너지 전환
(라) 빛에너지, 열에너지, 전기 에너지, 소리 에너지, 신재생 에너지 등 여러 형태 의
에너지 종류와 특징을 알고, 인류의 미래에서 에너지의 중요한 역할을 이해한다.
(15) 전기와 자기
(나) 저항, 전류, 전압 사이의 관계를 알고, 이를 적용하여 저항의 직렬 연결과 병 렬
연결의 특징을 이해한다 학습
목표
Ÿ 우리가 겪고 있는 에너지 문제를 이해 한다.
Ÿ 소리가 에너지라는 것을 이해하고 소리로 에너지를 만드는 시뮬레이션을 할 수 있다.
Ÿ 자신이 만든 시뮬레이션을 친구의 의견을 들어 평가 할 수 있다.
흐름 문제제시 & 제작활동 학습자료(‣) 및 유의점(※)
상황제시 에너지 문제 이 해결책은 무엇일까?
(5분) (1/4차시)
우리 겪고 있는 에너지 문제를 이야기 해 보기
- 2013년 여름에 전력난으로 겪었던 경험 이 야기 하기
- 에너지 부족해서 벌어지는 어려 문제 이야 기 해보기
소리를 만들거나 내기 위해 어떻게 해야 하는가?
- 사람의 성대가 울리는 것으로 만들 수 있 다.
- 진동에 의해 만들어 진다.
Tip! 에너지 부족이 미래에 해결해 야 할 문제임을 인식하도록 한다.
Tip! 소리를 내기 위해 에너지가 필 요함을 이해 할 수 있도록 한다.
창의적
설계 지금까지 배웠던 로봇풍차, 소리 센서 등을 이용하여 소리로 풍차를 돌리는 시 뮬레이션 프로그램을 계획 해 본다.
풍차로 에너 지 만드는 방 법 시뮬레이 션하기
(25분) (1/4차시)
- 소리 센서의 크기가 얼마나 되었을 때 풍차가 돌게 할 것인지 생각해 본다
풍차를 적은 에너지로 돌리기 위해 풍 차는 어떻게 만들어 야 하는가?
- 작은 에너지에도 풍차가 돌게 하기 위해 서 어떻게 풍차를 만들어야 할지 설계해 본다.
시뮬레이션 계획에 의거하여 스크래치 프로그래밍으로 구현해 본다.
- 풍차 로봇을 라즈베리 파이에 연결하고 앞 의 활동에서 계획한대로 프로그래밍을 해 본다.
준비물 라즈베리파이 1세트, WEDO 1세트
‣활동1 (학생용 워크북 p.21)
‣활동2 (학생용 워크북 p.22)
감성적 체험 (1/4차시)
자신이 만든 풍차가 소리에 반응해서 돌
아가는 살펴 보고 다른 사람과 비교해 본다. ‣활동3 (학생용 워크북 p.23)
상황제시 (2~3/4차시)
우리 주변에서 많이 볼 수 있는 LED의 쓰임에 대해 생각해보기
- 주변에서 볼수 있는 LED를 볼수 있는 곳 이 어디어디 인지 말해 보게 한다.
왜 우리 생활에서 LED가 다른 전등을 대 체 하고 있는지 이유 생각해보기
- 옛날에는 많이 볼 수 있었던 백열등이 왜 없어 졌는지 생각해 보기
어두운 길을 밝히는 가로등은 낮에는 누가 끌지 생각해 보자.
- 밤길을 밝히는 수많은 가로등은 누가 켜
고, 끌까 생각해서 말해 본다. Tip! LED의 특징 저 전력이고 친환 경적이라는 것을 이해하도록 한다.
Tip! LED 의 제어가 컴퓨터로 해결 할 수 있는 문제임임을 알게 한다.
창의적 설계 (2~3/4차시) 센서의 입력 에 의해 LED
켜고 끄기
LED 와 라즈베리 파이의 연결 방법을 이해한다.
- 브레드 보드의 구조와 기능을 이해한다.
- LED 의 극에 대해 알아본다.
- 프로그래머블 스위치에 대해 이해한다 회로 연결도를 보고 회로를 연결해 본 다.
준비물 라즈베리파이 1세트, 브레 드보드,10파이 LED, 점퍼선
‣활동1 (학생용 워크북 p.26)
‣활동2 (학생용 워크북 p.27)
Tip! 전자회로의 부품들의 위상을 이해하고 다양하게 위상 규칙만 지
- 회로 연결도를 보고 연결해 본다.
스크래치에서 LED를 제어하는 명령을 이해하고 LED의 스위칭에 따라 어떤 효과를 내는지 살펴보고 자신만의 효과를 만들어 본 다.
- 스크래치 명령을 통해 LED를 켜고 끄는 타이밍을 다양한 방법으로 조절해 본다.
키면서 연결할 수 있도록 한다.
감성적체험 (2~3/4차시) 일상생활에서
LED의 쓰임 새 알기
스크래치 프로그래밍으로 만든 LED 효 과가 일상생활에서 무엇과 비슷한지 살펴보 게 하고 이런 효과가 난 이유를 설명해 본다.
‣활동3 (학생용 워크북 p.28)
Tip! 사람 눈의 기능과 LED 스위칭 속도의 연관성을 말해 보게 한다.
상황제시 재활용 에너 지 생각해 보 기
(5분) (4/4차시)
우리 주변에서 재활용할 수 있는 에너지 에 대해 생각해 보자.
- 우리 주변에서 에너지 재활용의 예를 말해 본다.
- 쓰레기 소각장의 열을 이용한 발전소 등
Co 에너지를 재활용해야 하는 이유를 생각 해 보게 한다.
- 2013년 여름에 우리나라가 어떤 문제를 겪 었는지 떠 올려 본다.
- 우리나라의 에너지 수입과 수출에 대해 말 해 보게 한다.
창의적 설계 풍차로 에너 지 만드는 방 법 시뮬레이 션하기
(25분) (4/4차시)
우리 주변의 소음을 모아서 에너지로 재활용 하여 발전기를 돌리고 그때 만들어진 전기에너지를 재활용 한다고 할 때 어떤 구 체적인 시나리오가 가능한지 시뮬레이션(스 토리)를 만들어 본다.
- 소음의 크기에 따라 모이는 풍차의 속도를 결정한다.
- 풍차의 속도에 따라 만들어지는 전기의 양 - 얼마의 전기가 모이면 불이 켜지는지 등 또, 화면에 어떻게 전기가 모이는지 보여줄 지 등을 계획해 보게 한다.
자신이 만든 시나리오에 의해 프로그래 밍 해본다.
- 스크래치에서 시나리오와 비교하며 프로 그래밍 한다.
준비물 라즈베리파이 1세트,브레드 보드,10파이 LED, 점퍼선
‣활동1 (학생용 워크북 p.29)
- 프로그래밍한대로 시뮬레이션이 되는지 확인한다.
- 확인 후 수정한다.
감성적 체험 (4/4차시) 풍차의 시뮬 레이센 결과
비교하기
시뮬레이션 결과물이 계획대로 되었는지 점검해보고 실제에도 가능할지 말해 본다.
- 다른 사람이 만든 시뮬레이션 결과를 내가 만든 것과 비교해 본다.
‣활동2 (학생용 워크북 p.30)
학생 활동지
참고자료- LED 전구
(그림 1.33) GPIO 확장 모듈과 라즈베리파이 연결 (그림 1.34) 브레드보드 회로 구성
연결 케이블을 통해서 라즈베리파이의 GPIO 헤더 부분과 GPIO 확장 모듈을 서로 연결하고, 그 GPIO 확 장 모듈을 브레드보드에 연결함으로서 라즈베리파이와 브레드보드를 서로 연결한다. 그리고 브레드보드 에 GPIO 회로도를 참고하여 자신이 원하는 회로를 구성한다.
(그림 1.35) LED 제어를 위한 간단한 스크래치 프로그램
(그림 1.35) 은 LED 제어를 위한 스크래치 프로그램이다. 핀에서 high는 3.3V 신호를 주는 것을 의미 하며 low는 0V의 신호를 보내는 것을 의미한다. 즉, LED 전구를 키고 1초를 대기 하고 LED전구를 끄고 2초를 대기하게 하는 프로그램이다.
회로도의 모습은 (그림 1.12)와 같으므로 생략한다.
(그림 1.36) 0V 신호일 때 LED 전구 (그림 1.37) 3.3V 신호일 때 LED 전구
(그림 1.36),(그림 1.37)은 라즈베리파이에서 보내는 신호에 따라 변화하는 LED 전구의 상태를 보여주 는 그림이다. 왼쪽 그림은 라즈베리파이가 지정한 핀에 0V 신호를 보내서 LED 전구가 꺼진 상태를 나타 낸 그림이고 오른쪽 그림은 라즈베리파이가 지정한 핀에 3.3V 신호를 보내서 LED 전구가 켜진 상태를 보여주고 있다.
(그림 1.38) 여러 LED 제어를 위한 간단한 스크래치 프로그램
(그림 1.38)은 여러 LED 제어를 위한 스크래치 프로그램이다. 각 블록들은 단일 LED를 제어하는 것과 동일한 형태로 이루어져 있으며 각 블록마다 신호를 보내는 시간을 각각 다르게 설정함으로서 여러 LED 가 반짝이는 형태 또는 마치 신호등 같이 교차되며 껐다 켜지는 형태로 만들 수 있다.
(그림 1.39) GPIO 회로 연결 방법
(그림 1.39) 는 여러 개의 전구를 꼽았을 때의 회로도를 나타낸 그림이다. (그림 12)와 원리는 같으며 전구와 저항의 개수만 추가된 모습이다.
(그림 1.40) 0V 신호일 때 LED 전구들 (그림 1.41) 3.3V 신호일 때 LED 전구들
(그림 1.40),(그림 1.41)은 라즈베리파이에서 보내는 신호에 따라 변화하는 LED 전구들의 상태를 보여 주는 그림이다. 왼쪽 그림은 라즈베리파이가 지정한 핀에 0V 신호를 보내서 LED 전구들이 꺼진 상태를 나타낸 그림이고 오른쪽 그림은 라즈베리파이가 지정한 핀에 3.3V 신호를 보내서 LED 전구들 켜진 상태 를 보여주고 있다. 각각의 블록의 시간차이를 조절함으로서 원하는 형태로 LED 전구들이 발광할 수 있 게 조절할 수 있다.
참고자료- 스파클링 광섬유
(그림 1.42) 스파클링 광섬유 제어를 위한 간단한 스크래치 프로그램
(그림 1.42) 은 스파클링 광섬유 제어를 위한 스크래치 프로그램이다. 블록의 형태는 LED 제어와 동일 하며 회로내에서 LED 전구를 제거하고 그 동일한 위치에 스파클링 광섬유를 위치시킴으로서 광섬유가 동작하는 모습을 볼 수 있다. LED 전구 동작과 동일하게 핀에서 high는 3.3V 신호를 주는 것을 의미하 며 low는 0V의 신호를 보내는 것을 의미한다. 다시 말해, 스파클링 광섬유를 키고 1초를 대기 하고 스 파클링 광섬유를 끄고 2초를 대기하게 하는 프로그램이다.
(그림 1.43) 0V 신호일 때 스파클링 광섬유 (그림 1.44) 3.3V 신호일 때 스파클링 광섬유
(그림 1.43), (그림 1.44) 은 라즈베리파이에서 보내는 신호에 따라 변화하는 스파클링 광섬유의 상태 를 보여주는 그림이다. 왼쪽 그림은 라즈베리파이가 지정한 핀에 0V 신호를 보내서 스파클링 광섬유가 꺼진 상태를 나타낸 그림이고 오른쪽 그림은 라즈베리파이가 지정한 핀에 3.3V 신호를 보내서 스파클링 광섬유가 켜진 상태를 보여주고 있다.
(그림 1.45) 여러 스파클링 광섬유 제어를 위한 간단한 스크래치 프로그램
(그림 1.45)은 여러 스파클링 광섬유 제어를 위한 스크래치 프로그램이다. 각 블록들은 단일 스파클링 광섬유를 제어하는 것과 동일한 형태로 이루어져 있으며 각 블록마다 신호를 보내는 시간을 각각 다르 게 설정함으로서 여러 스파클링 광섬유가 반짝이는 형태 또는 마치 신호등 같이 교차되며 껐다 켜지는 형태로 만들 수 있다.
(그림 1.46) 스파클링 광섬유 발광 모습 (실내 점등 상태)
(그림 1.47) 스파클링 광섬유 발광 모습 ( 실내 소등 상태)
(그림 1.46),(그림 1.47) 은 라즈베리파이에서 보내는 신호에 따라 변화하는 스파클링 광섬유들의 상 태를 보여주는 그림이다. 왼쪽 그림은 방안에 불을 점등한 상태에서 라즈베리파이가 지정한 핀에 3.3V 신호를 보냈을 때 여러 스파클링 광섬유가 발광하고 있는 모습을 보여주고 있고 오른쪽 그림은 가시적 으로 비교하기 위해서 방안의 불을 소등한 상태에서 스파클링 광섬유들이 켜진 상태를 보여주고 있다.
각각의 블록의 시간차이를 조절함으로서 원하는 형태로 스파클링 광섬유들이 발광할 수 있게 조절할 수 있다.
1. WeDo 소개
참고자료- WeDo
1. WeDo 소개
WeDo는 덴마크에서 1932년에 설립된 블록형태의 교육용 완구인 레고를 제조하는 업체인 더 레고 그 룹(The Lego Group)에서 만든 교육용 도구이다. 레고 그룹에서 만드는 블록 완구인 레고는 전 세계의 어린이는 물론이고 성인까지 수많은 팬 층을 형성하고 있을 정도로 인기가 많은 제품이다. 레고의 특징 은 사용자로 하여금 레고의 블록을 이용해 수많은 조합을 상상하고 이런 놀이와 학습을 통해 창의력을 키울 수 있게 설계를 하였다.
앞서 말했듯이 레고 그룹에서 만드는 완구인 레고는 교육용 완구이다. 이러한 완구의 특성을 이용해 완구뿐만 아니라 좀 더 교육적인 목적에 중점을 둔 교육용 도구도 생산하고 있다. 레고그룹은 영유아부 터 고등단계까지의 교육과정을 운용하고 있으며, 이 교육과정을 자체 교육센터를 이용해 교육하고 있 다. 이 교육과정은 단순한 교육이 아닌 놀이와 학습을 통해 정보제어 기술 및 응용 수학 등 다양한 분 야의 능력을 향상시키기 위해 고안된 도구를 이용해 진행된다.
WeDo는 여러 가지 교육 도구 중 영유아, 유치 및 초등단계 과정에서 권장하고 있는 도구로서, 어린 이들이 친근해하는 완구인 레고의 조립과 부수기재의 조합, 그리고 컴퓨터를 이용한 프로그래밍을 이용 하는 특징을 가진 교육용 도구이다. 레고 그룹은 WeDo를 쉽게 접하도록 드래그 앤 드롭 방식의 프로그 래밍을 위한 소프트웨어를 제공하고 있으며, 조립설명서를 통해 WeDo에 포함된 부속품들의 특성을 학습 할 수 있게 하고 있다. 하지만 레고의 특성상 부품 조립에 대해 수많은 조합 방법이 나오기 때문에 결 과물 또한 수없이 많이 나올 수 있다.
(그림1) WeDo 세트
2. WeDo 구성품 소개
(그림2) WeDo 레고 블록 세트
앞서 설명했듯이 WeDo는 레고를 이용한 교육용 도구이기 때문에 레고 부품을 포함하고 있다. WeDo에는 총 170여개의 레고부품 및 센서 등을 포함하고 있으며, 제품에 포함하고 있는 설명서를 이용해 조립하 거나 레고의 특성과 마찬가지로 설명서에 구애받지 않고 자유롭게 조립할 수 있다.
(그림 ) WeDo 레고 블록 조립 설명서
WeDo에서는 총 12가지의 예제를 조립할 수 있는 설명서를 포함하고 있으며, 일반 레고 완구와는 다르게, 모터, 기울기 및 거리 센서를 이용해 좀 더 동적인 결과물을 완성할 수 있다. 또한 설명서에 기술되어 있는 기본 설 명서를 이용해 학습한 레고와 센서를 응용하여 설명서의 내용에 없는 창의적인 예제도 만들어 낼 수 있다.
(그림 3) WeDo USB 허브
WeDo는 드래그 앤 드롭 방식의 프로그래밍을 위한 소프트웨어를 제공한다고 했다. 이 소프트웨어는 일 반적인 PC 기반 환경에서 작동하며, WeDo를 100%활용하기 위해서는 컴퓨터가 필요하다. (그림 3)에 표 시된 USB 허브는 컴퓨터와 WeDo의 모터 및 센서를 연결하는 핵심 부품이다. USB허브는 컴퓨터와 모터 및 센서의 통신을 가능하게 하며, 컴퓨터에서 작업한 프로그래밍 결과물을 통해 모터 및 센서를 작동할 수 있다. 4장 활용방법에서 설명하는 라즈베리파이와 WeDo를 연동한 예제 모두가 WeDo USB 허브를 준비 물로 포함하고 있다.
(그림 4) WeDo 모터
(그림 4)에 표시된 부품은 모터이다. 일반적인 모터와 기능은 같으며, 부품의 외관적인 형상이 레고의 블록들과 잘 맞게 디자인 된 부분만 다르다. 이 모터는 프로그래밍을 통해 모터의 회전 속도 및 방향을 조절할 수 있다. WeDo 모터는 모터파워를 100%로 설정했을 시 1초에 약 3바퀴 회전한다.
(그림 5) WeDo 기울기 센서
(그림 5)에 표시된 부품은 기울기 센서이다. 이 센서는 이름 그대로 기울기를 확인할 수 있는 부품이 며, 기울기 센서가 어떤 방향으로 기울어져 있는지를 측정한다. 이 센서는 각 방향별로 1~4로 센서값을 출력하여 앞, 뒤, 좌, 우의 기울어진 방향을 측정할 수 있으며, 사용자로 하여금 이 센서값을 이용해 다양한 동작을 구상할 수 있게 해준다.
(그림 6) WeDo 거리 센서
(그림 6)에 표시된 센서는 거리 센서이다. 이 센서는 센서의 정면에 두 개의 거리 센서를 통해 센서 앞 에 물체가 얼마나 가까이 있는지를 측정한다. 기울기 센서는 거리를 0~100의 값으로 센서 값을 표기하 며 약 5㎝ ~ 35㎝ 사이에서 센서 앞의 사물에 대한 거리 변화를 측정할 수 있다. 기울기 센서와 마찬가 지로 거리 센서 또한 사용자로 하여금 센서값을 통해 다양한 동작을 구상할 수 있게 해준다.
3. 라즈베리파이와 WeDo 연결 방법
가. 준비물
(그림 8) 라즈베리파이 셋트
라즈베리파이는 하나의 작은 컴퓨터와 같다. 일반 PC와 비슷하게 동작하며 운영체제 또한 리눅스 계열 의 운영체제를 사용할 수 있다. 라즈베리파이 셋트에는 라즈베리파이 본체와 이것을 조작하기 위한 키 보드 마우스 및 모니터가 포함된다.
(그림 9) WeDo 셋트
WeDo 셋트에는 설명서, 레고 블록, 센서 및 모터가 포함되어 있으며, 레고의 특성상 다양한 조립으로 수많은 결과물을 만들 수 있다. 170여 가지의 부품을 포함하고 있다.
(그림10) 라즈베리파이용 스크래치 프로그램
라즈베리파이용 스크래치 프로그램은 WeDo의 모터 및 센서 작동을 위한 프로그래밍 툴 이다. 드래그 앤 드롭 방식으로 프로그래밍을 할 수 있으며 센서 및 모터를 WeDo USB를 이용해 라즈베리파이와 연결하면 스크래치에 모터 및 센서와 관련된 명령 블록이 활성화 된다.
2013 STEAM 아웃리치 프로그램 – 중학생
라즈베리 파이로 컴퓨터 과학자 되기
교사용 가이드북
저 자 : 유헌창, 김석희, 김동정, 정대용, 임종범, 최희석, 유태묵 발행일 : 2014년 3월
